(57)【要約】  本発明は、平面上の任意の領域から光を照射させると共に、クロストークを抑えた調光装置を提供することを目的とする。  本発明の調光装置（１）は、導光板（２）と、導光板（２）における端部に配置されたＬＥＤ（３）と、スイッチング部（４）と、１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割するフレーム分割部（５）と、サブフレーム期間ごとにＬＥＤ（３）から光を出射させる光源制御部（６）と、電圧印加部（７）とを備えている。  スイッチング部（４）は、ＬＥＤ（３）の配置方向と平行な方向に配置された走査電極（８）、走査電極と直角な方向に配置された複数の信号電極（１０）、導光板（２）からの光の取出し率を変更可能な液晶素子（９）、を有する。電圧印加部（７）は、サブフレーム期間ごとに、複数の走査電極（８）のうちいずれかを選択して電圧を印加すると共に、複数の信号電極（１０）のうち少なくともいずれかに、液晶素子（９）における光の取出し率に応じた電圧を印加する。  本発明は、画像表示装置のバックライトとして最適に利用することができる。
2011083614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部から内部に導入された光を導光させる導光板と、
上記導光板における上記端部に配置されており、当該導光板の内部に向けて光を出射する光源と、
上記光源の配置方向と平行な方向に互いに並列に配置された複数の短冊状の走査電極、上記複数の走査電極と直角な方向に互いに並列に配置された複数の短冊状の信号電極、および任意の上記走査電極と任意の上記信号電極とが交差する領域ごとに形成される、上記導光板からの光の取出し率を変更可能な素子とを有し、上記導光板における光の出力面側に配置されている光取出手段と、
１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割する分割手段と、
上記サブフレーム期間ごとに、上記光源を当該サブフレーム期間以下の時間で点灯するように制御することによって、上記光源から上記光を出射させる光源制御手段と、
上記サブフレーム期間ごとに、上記複数の走査電極のうちいずれかを選択して電圧を印加すると共に、上記複数の信号電極のうち少なくともいずれかに、当該選択した走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子における上記光の取出し率に応じた電圧を印加する電圧印加手段とを備えていることを特徴とする調光装置。
【請求項２】
上記光源制御手段は、上記サブフレーム期間ごとに、同一強度の上記光を上記光源から出射させるように上記光源を制御し、
上記電圧印加手段は、上記サブフレーム期間ごとに、上記複数の信号電極のそれぞれに、選択した上記走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子を通じて取出される光の量に応じた振幅の電圧を一定時間連続して印加することを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
【請求項３】
上記光源制御手段は、上記サブフレーム期間ごとに、同一強度の上記光を上記光源から出射させるように上記光源を制御し、
上記電圧印加手段は、上記サブフレーム期間ごとに、上記複数の信号電極のそれぞれに、選択した上記走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子を通じて取出される光の量に応じた時間だけ連続する一定振幅の電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
【請求項４】
上記電圧印加手段は、任意の上記サブフレーム期間において、上記複数の信号電極のうちいずれかのみに、選択した上記走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子における上記光の取出し率を１００％にする電圧を印加し、
上記光源制御手段は、上記任意のサブフレーム期間において上記電圧が印加される上記走査電極と上記信号電極とに対応する上記素子を通じて取出される光の量に応じた強度の光を、上記任意のサブフレーム期間にのみ上記光源から出射させるように、上記光源を制御することを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
【請求項５】
上記分割手段は、任意の上記サブフレーム期間を複数のサブ−サブフレーム期間に分割し、
上記電圧印加手段は、上記サブ−サブフレーム期間ごとに、上記複数の信号電極のうちいずれかのみに、選択した上記走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子における上記光の取出し率を１００％にする電圧を印加し、
上記光源制御手段は、上記サブ−サブフレーム期間ごとに、当該サブ−サブフレーム期間において上記電圧が印加されている上記走査電極と上記信号電極とに対応する上記素子を通じて取出される光の量に応じた強度の光を、当該サブ−サブフレーム期間にのみ上記光源から出射させるように、上記光源を制御することを特徴とする請求項１に記載の調光装置。
【請求項６】
上記分割手段は、上記１フレーム期間を、上記複数の走査電極と同じ数の上記サブフレーム期間に分割することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の調光装置。
【請求項７】
上記光源は、上記光源の配置方向と直角な方向に沿って進む指向性を有する光を出射することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の調光装置。
【請求項８】
上記光源は、上記導光板において互いに対向する２つの端部にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の調光装置。
【請求項９】
上記光源制御手段は、上記２つの光源から同時に上記光を出射させるように、上記２つの光源を制御することを特徴とする請求項８に記載の調光装置。
【請求項１０】
上記光源制御手段は、上記サブフレーム期間ごとに、上記２つの光源のうち、当該サブフレーム期間において上記電圧印加手段によって選択される上記走査電極により近い方に配置されている上記光源から上記光を出射させるように、上記２つの光源を制御することを特徴とする請求項８に記載の調光装置。
【請求項１１】
上記光源制御手段は、上記１フレーム期間ごとに上記２つの光源のいずれかから交互に上記光を出射させるように、上記２つの光源を制御することを特徴とする請求項８に記載の調光装置。
【請求項１２】
上記光源制御手段は、上記サブフレーム期間ごとに上記２つの光源のいずれかから交互に上記光を出射させるように、上記２つの光源を制御することを特徴とする請求項８に記載の調光装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の調光装置と、
当該調光装置における光の出力面側に配置されている表示パネルとを備えていることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調光装置、および当該調光装置を備えた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、テレビ、モニターまたは携帯電話等の表示装置では、画像を表示するために表示パネルの背面から光を照射するバックライトが用いられている。このバックライトは照射方式の違いにより、例えば直下型バックライトまたはサイドエッジ型バックライトに大別される。【０００３】
直下型バックライトは、複数の光源をマトリクス状に配置し、この光源をそれぞれ個別に制御することによって部分的に光を照射させる。図１５は、従来の直下型バックライトの構成を示す図である。図１５の（ａ）に示す直下型のバックライト３０では、光源としてのＬＥＤチップ３１がマトリクス状に配置されている。この構成では、ＬＥＤチップ３１のＯＮ・ＯＦＦをそれぞれ個別に制御することにより、任意の領域から光を照射させている。しかし、この構成では、表示パネルの背面にＬＥＤチップ３１が配置されているため、ＬＥＤチップ３１の影が表示パネルに映りこんでしまう。そのため、バックライト３０では、図１５の（ｂ）に示すようにＬＥＤチップ３１と拡散板３２との距離（図１５の（ｂ）中に矢印で示す）を十分に確保しなければならず、その結果バックライト３０自体の厚さが厚くなり、表示装置の薄型化を妨げる。【０００４】
サイドエッジ型バックライトは、導光板の側面に設けた光源から導光板の内部へ光を出射させることにより光を照射させる。図１６は、従来のサイドエッジ型バックライトの構成を示す図である。図１６に示すサイドエッジ型のバックライト４０では、導光板４１の側面に設けた光源４２から出射された光を導光板４１の内部で導光させて全反射させている。また、導光板４１における光の出力面側にはこの全反射を意図的に破るような構造を形成しており、これにより外部へ光を出力している。この構成では、上記の直下型バックライトよりも薄型にすることが可能であるが、光の全反射を破る構造を実現することは容易ではなく、光の出力をコントロールすることが難しい。よって、この構成では任意の領域から部分的に光を出射させることは困難である。【０００５】
一方、これまでに、サイドエッジ型バックライトにおいて任意の領域から部分的に光を出射させるために、液晶をスイッチング素子として用いた技術が考えられており、例えば特許文献１に開示されている。図１７は液晶素子を備えたサイドエッジ型バックライトを示す図である。図１７に示すサイドエッジ型のバックライト５０では、導光板５１の下部に、２つの電極５２，５４に液晶層５３が挟まれた液晶素子５５が配置されており、図１７の（ａ）は電圧ＯＦＦ状態を示し、図１７の（ｂ）は電圧ＯＮ状態を示す。この図に示す液晶素子５５は、電圧がＯＦＦ状態のときは白表示をしており、ＬＥＤ５６から出射された光のうち、ｓ波５７は導光板５１内を導光し、ｐ波５８は液晶素子５５の下部において反射され、導光板５１から外部へ出力される。一方、電圧がＯＮ状態のときは液晶の配向が変化しており、ｓ波５７もｐ波５８も導光板５１内を導光する。その結果、導光板５１の外部へ光が取出されず、黒表示となる。このように液晶の異方性を利用した技術は特許文献２〜５においても開示されている。【０００６】
また、特許文献６では、領域ごとに点灯を制御するスキャンバックライトについて開示されている。図１８は、このスキャンバックライトの構成を示す図である。図１８に示すように、特許文献６の照明装置では、表示パネルの背面に設置されたバックライト１１６が複数のブロック（１１４ａ〜１１４ｅ）からなる導光板１１４から構成されている。この導光板１１４の端部には白色もしくはＲ，Ｇ，ＢのＬＥＤ１１１が配置されており、単独または複数個を一組として点灯させている。点灯位置は、表示パネルの画像書き込み位置と同期をとって走査される。その後、表示パネルの各画素行を書き換え、所定時間が経過した後に画素行に位置するＬＥＤ１１１を点灯することにより画像が表示される。このようなスキャンバックライトに関する技術は、特許文献７，８にも開示されている。【０００７】
さらに、特許文献９には、複数のライン状のバックライトであって、その発光強度を各ラインにおいて変更することによりライン変調を行なう技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開特許公報「ＷＯ２００６／１０４１５９号（２００６年１０月５日公開）」
【特許文献２】国際公開特許公報「ＷＯ２００６／１０４１６０号（２００６年１０月５日公開）」
【特許文献３】日本国公開特許公報「特開昭５９−５８４２１号（１９８４年４月４日公開）」
【特許文献４】日本国公開特許公報「特開２０００−１７１８１３号（２０００年６月２３日公開）」
【特許文献５】日本国公開特許公報「特開昭６３−１１６１２１号（１９８８年５月２０日公開）」
【特許文献６】日本国公開特許公報「特開２００１−２１０１２２号（２００１年８月３日公開）」
【特許文献７】日本国公開特許公報「特開２００８−５３６１４号（２００８年９月４日公開）」
【特許文献８】日本国公開特許公報「特開２００９−６９７５１号（２００９年４月２日公開）」
【特許文献９】日本国公開特許公報「特開２００４−２０６０４４号（２００４年７月２２日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、サイドエッジ型バックライトにおけるスイッチング素子として液晶を用いた場合、発光させたい領域以外からも光が取出されることがある。つまり、任意の領域の液晶素子を駆動させるために液晶素子に電流をかけたとき、目的とする液晶素子の周囲にも電流が漏れて駆動させてしまうようなクロストークが生じることがある。【００１０】
例えば、図１９の（ａ）に示す２つの領域Ａ，Ｂのみを発光させたいとき、目的とする光の取出し量は、例えば図１９の（ｂ）に示すように領域Ａ，Ｂでは１，０００ｃｄ／ｍ２であり、これら領域の間に位置する領域Ｃ，Ｄでは０ｃｄ／ｍ２である。図１９は、液晶素子を備えたサイドエッジ型バックライトにおける目的の輝度分布を示す図である。【００１１】
ここで、光源６１から導光板６０に導入される光は図１９の（ａ）中、矢印で示すように左から右方向へと伝播している。このときクロストークが生じると、導光板６０の内部を導光する光は図２０の（ａ）に示すように領域Ａよりも光の進行方向後ろの領域、すなわち領域Ｃにも光が漏れてしまうことがある。図２０は、液晶素子を備えたサイドエッジ型バックライトにおける実際の輝度分布を示す図である。このように領域Ｃにも光が漏れてしまうと、光が尾を引いて画像がぼけた状態で表示され、コントラストが低い。【００１２】
また、光源６１から出射された光は、領域Ｃにおいて光が漏れてしまった分、領域Ｂにまで十分に到達せず、領域Ｂにおける輝度が低下してしまう。図２０の（ａ）に示す実際の光の取出し量を表すグラフを図２０の（ｂ）に示す。図２０の（ｂ）において矢印６２はクロストークが生じている状態の領域Ｃにおける光の取出し量を示し、矢印６３は領域Ｂにおける光の取出し量を示す。このように、クロストークが生じることによって、領域Ｂにおけるピーク輝度が低下する。【００１３】
しかし、特許文献１〜５では、液晶を具体的にどのように駆動させるか記載されておらず、クロストークの問題について言及されていない。したがって、クロストークを十分に抑えることはできない。【００１４】
また、特許文献６〜８のスキャンバックライト、および特許文献９のバックライトの構成では、２次元のエリア制御、すなわち平面上の任意の領域を制御することはできず、部分的に光を取出すことはできない。【００１５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、平面上の任意の領域から光を照射させると共に、クロストークを抑えた調光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る調光装置は、上記の課題を解決するために、
端部から内部に導入された光を導光させる導光板と、
上記導光板における上記端部に配置されており、当該導光板の内部に向けて光を出射する光源と、
上記光源の配置方向と平行な方向に互いに並列に配置された複数の短冊状の走査電極、上記複数の走査電極と直角な方向に互いに並列に配置された複数の短冊状の信号電極、および任意の上記走査電極と任意の上記信号電極とが交差する領域ごとに形成される、上記導光板からの光の取出し率を変更可能な素子とを有し、上記導光板における光の出力面側に配置されている光取出手段と、
１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割する分割手段と、
上記サブフレーム期間ごとに、上記光源を当該サブフレーム期間以下の時間で点灯するように制御することによって、上記光源から上記光を出射させる光源制御手段と、
上記サブフレーム期間ごとに、上記複数の走査電極のうちいずれかを選択して電圧を印加すると共に、上記複数の信号電極のうち少なくともいずれかに、当該選択した走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子における上記光の取出し率に応じた電圧を印加する電圧印加手段とを備えていることを特徴としている。【００１７】
また、本発明に係る画像表示装置は、
本発明の調光装置と、
当該調光装置における光の出力面側に配置されている表示パネルとを備えていることを特徴としている。【００１８】
上記の構成によれば、本発明の調光装置では、端部に光源が配置された導光板、および複数の走査電極と複数の信号電極とが互いに直角な方向に配置され、これら走査電極と信号電極とが交差する領域ごとに、光の取出しを変更可能な素子が形成された光取出手段を備えているため、平面上の任意の領域から光を照射することができる。【００１９】
具体的には、光取出手段は導光板における光の出力面側に配置されており、複数の走査電極が光源の配置方向と平行な方向に並列に配置され、当該複数の走査電極と直角な方向に、複数の信号電極が並列に配置されている。この複数の走査電極のうちいずれかに電圧を印加すると共に、複数の信号電極のうちいずれかに電圧を印加することにより、これらの電極が交差する領域に形成された素子を駆動させることができる。これにより、当該素子から光を取出すことができる。【００２０】
また、本発明の調光装置では、１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、サブフレーム期間ごとに、走査電極および信号電極に対する電圧の印加、ならびに光源からの光の出射を制御する。具体的には、光源制御手段は任意のサブフレーム期間内における光源からの光の出射を制御しており、電圧印加手段は、任意のサブフレーム期間にいずれかの走査電極を選択して電圧を印加し、当該任意のサブフレーム期間内においてさらに複数の信号電極のうち少なくとも１つを選択して電圧を印加する。【００２１】
あるサブフレーム期間においては、複数の走査電極のうちいずれか一つが選択されるので、その他の走査電極に対応する素子における光の取り出し率は変化しない。つまり、光を全く取出さない状態が維持される。一方、選択された走査電極に対応する各素子には、素子ごとに対応するいずれかの信号電極を通じて電圧が印加され、その結果、素子の光の取り出し率が変化する。つまり、１つの走査電極に沿って一列に配列された複数の素子のみが、あるサブフレーム期間において制御されることになる。【００２２】
このとき、サブフレーム期間ごとに、当該サブフレーム期間のみに光源が点灯することによって、当該サブフレーム期間以下の持続時間を有するフラッシュ光が導光板に導入される。このフラッシュ光は、制御対象である１つの走査電極に沿って配置されている複数の（一列の）素子のみを通じて、外部に出射する。したがって、あるサブフレーム期間に照射されたフラッシュ光が、同じサブフレーム期間において、制御対象の走査電極に対応する素子に比べて光源からより離れた位置にある他の素子を通じて出射されることはない。これにより、フラッシュ光の進行方向に対して尾を引くような形で光が漏れてしまうことを抑えられるので、クロストークを防止することができる。【００２３】
したがって、光漏れによる尾引きの発生を抑え、クロストークの発生を抑えることができる。【００２４】
また、本発明の画像表示装置は、本発明の調光装置と、当該調光装置における光の出力面側に配置されている表示パネルとを備えている。すなわち、本発明の調光装置をバックライトとして備える画像表示装置である。よって、クロストークを抑えると共に、ＬＥＤ直下型のバックライトよりも薄型であり、且つ平面上の任意の領域から光を取出すことが可能なバックライトを備えた、薄型の画像表示装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、端部から内部に導入された光を導光させる導光板と、上記導光板における上記端部に配置されており、当該導光板の内部に向けて光を出射する光源と、上記光源の配置方向と平行な方向に互いに並列に配置された複数の短冊状の走査電極、上記複数の走査電極と直角な方向に互いに並列に配置された複数の短冊状の信号電極、および任意の上記走査電極と任意の上記信号電極とが交差する領域ごとに形成される、上記導光板からの光の取出し率を変更可能な素子とを有し、上記導光板における光の出力面側に配置されている光取出手段と、１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割する分割手段と、上記サブフレーム期間ごとに、上記光源を当該サブフレーム期間以下の時間で点灯するように制御することによって、上記光源から上記光を出射させる光源制御手段と、上記サブフレーム期間ごとに、上記複数の走査電極のうちいずれかを選択して電圧を印加すると共に、上記複数の信号電極のうち少なくともいずれかに、当該選択した走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子における上記光の取出し率に応じた電圧を印加する電圧印加手段とを備えているので、平面上の任意の領域から光を照射させると共に、クロストークを抑えた調光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る調光装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る調光装置の構成を示す上面図である。
【図３】第１の実施形態に係る調光装置の構成を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る調光装置におけるさらなる構成を示す断面図である。
【図５】信号電極に印加する電圧のパターンを示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る調光装置を備えた画像表示装置の構成を示す断面図である。
【図７】図６に示す画像表示装置の表示パネルにおける画像の表示例を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る調光装置の構成を示す上面図である。
【図９】第２の実施形態に係る調光装置の構成を示す断面図である。
【図１０】図２に示す調光装置において予め１フレーム期間ごとに設定された光の取出し領域および光の取出し量を説明する図である。
【図１１】実施例１における駆動パターンを示す図である。
【図１２】各光の取出し領域における光取出し率を示す図である。
【図１３】各光の取出し領域における光取出し方を示す図である。
【図１４】各光の取出し領域における光取出し方を示す図である。
【図１５】従来の直下型バックライトの構成を示す図である。
【図１６】従来のサイドエッジ型バックライトの構成を示す図である。
【図１７】液晶素子を備えたサイドエッジ型バックライトを示す図である。
【図１８】従来のスキャンバックライトの構成を示す図である。
【図１９】液晶素子を備えたサイドエッジ型バックライトにおける目的の輝度分布を示す図である。
【図２０】液晶素子を備えたサイドエッジ型バックライトにおける実際の輝度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜１０を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、光の取出し率を変更可能な素子として液晶を用いた例を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の公知の素子を用いることができる。
【００２８】
〔第１の実施形態〕
（調光装置１の構成）
図１は、本実施形態に係る調光装置１の構成を示すブロック図である。
【００２９】
図１に示すように、調光装置１は、導光板２、ＬＥＤ（光源）３、スイッチング部（光取出手段）４、フレーム分割部（分割手段）５、光源制御部（光源制御手段）６、および電圧印加部（電圧印加手段）７を備えている。
【００３０】
調光装置１は、導光板２の内部を伝播している光の取出しを領域ごとに制御可能なサイドエッジ方式の調光装置である。
【００３１】
具体的には、導光板２の端部にＬＥＤ３が配置されており、ＬＥＤ３から出射される光は当該端部から導光板２の内部に導入されるようになっている。また、導光板２の光の出力面側にはスイッチング部４が配置されている。本明細書において導光板２の光の出力面とは、あくまでスイッチング部４によって光が取出される側の面であることを指し、導光板２が自ら光を出力する面という意味ではない。
【００３２】
スイッチング部４には、図２に示すように複数の短冊状の走査電極８がＬＥＤ３の配置方向と平行な方向（図２における列方向）に並列に配置され、当該複数の走査電極８と直角な方向（図２における行方向）に、複数の信号電極１０が配置されている。図２は、走査電極８および信号電極１０の配置を説明する図である。調光装置１では、この複数の走査電極８のうちいずれかに電圧を印加すると共に、複数の信号電極１０のうちいずれかに電圧を印加することにより、走査電極８と信号電極１０とが交差する領域から光を取出すことができる。
【００３３】
つまり、走査電極８と信号電極１０とが交差する領域には、図３に示すように、光の取出し率を変更可能な液晶素子（素子）９が形成されている。図３は、スイッチング部４の構成を示す断面図である。そのため、いずれかの走査電極８と信号電極１０とに選択的に電圧を印加することにより、これら電極の交点に形成されている液晶素子９における光の取出し率を制御することが可能となり、平面上の任意の領域から光を取出すことができる。
【００３４】
また、調光装置１では、１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に時分割し、サブフレーム期間ごとに、走査電極８および信号電極１０に対する電圧の印加、ならびにＬＥＤ３からの光の出射を制御する。具体的には、光源制御部６は任意のサブフレーム期間内におけるＬＥＤ３からの光の出射を制御しており、電圧印加部７は、任意のサブフレーム期間にいずれかの走査電極８を選択して電圧を印加し、当該任意のサブフレーム期間内においてさらに複数の信号電極１０のうち少なくとも１つを選択して電圧を印加する。
【００３５】
あるサブフレーム期間においては、複数の走査電極８のうちいずれか一つが選択されるので、その他の走査電極８に対応する液晶素子９における光の取り出し率は変化しない。つまり、光を全く取出さない状態が維持される。一方、選択された走査電極８に対応する各液晶素子９には、液晶素子９ごとに対応するいずれかの信号電極１０を通じて電圧が印加され、その結果、液晶素子９の光の取り出し率が変化する。つまり、１つの走査電極８に沿って一列に配列された複数の液晶素子９のみが、あるサブフレーム期間において制御されることになる。
【００３６】
このとき、サブフレーム期間ごとに、当該サブフレーム期間内にのみ、言い換えればサブフレーム期間以下の時間でＬＥＤ３を点灯することによって、当該サブフレーム期間以下の持続時間を有するフラッシュ光が導光板２に導入される。すなわち、調光装置１において、ＬＥＤ３はサブフレーム期間以下の時間で連続的に点灯される。このフラッシュ光は、制御対象である１つの走査電極８に沿って配置されている複数の（一列の）液晶素子９のみを通じて、外部に出射する。したがって、あるサブフレーム期間に照射されたフラッシュ光が、同じサブフレーム期間において、制御対象の走査電極８に対応する液晶素子９に比べてＬＥＤ３からより離れた位置にある他の液晶素子９を通じて出射されることはない。これにより、フラッシュ光の進行方向に対して尾を引くような形で光が漏れてしまうことを抑えられるので、クロストークを防止することができる。
【００３７】
したがって、光漏れによる尾引きの発生を抑え、クロストークの発生を抑えることができる。なお、調光装置１における光の取出し制御の詳細については後述する。
【００３８】
導光板２は、ＬＥＤ３から導入された光を内部において導光させる。導光板２の形状は、その表面に複数の走査電極８および信号電極１０が行列方向に並列に配置することが可能であればよく、調光装置１の形状に合わせて適宜設定すればよい。導光板２の材料としては、例えばアクリル板、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）、ＰＶＡ（Polyvinyl alcohol）等が挙げられる。また、この他にもガラスを用いることもできる。
【００３９】
ＬＥＤ３は、導光板２の内部に向けて光を出射する光源である。ＬＥＤ３は、導光板２におけるいずれかの端部に配置されていればよいし、互いに対向する２つの端部にそれぞれ配置されていてもよい。また、ＬＥＤ３の数は特に限定されず、例えば導光板２の端部に複数のＬＥＤ３を並列に配置させればよいし、当該端部の長さに相当する１つのＬＥＤ３を配置させてもよい。ＬＥＤ３としては、例えば白色ＬＥＤまたはＲ，Ｇ，Ｂの３色ＬＥＤを用いればよいが、調光装置１の光源としてはこれに限定されるものではなく、例えば無機ＥＬ素子または有機ＥＬ素子等を光源として用いてもよい。これらの発光素子は面発光素子であるため、各短冊形状の断面の大きさに合わせた光源を設置することができるという利点がある。このように、調光装置１の光源としては面発光および点発光のどちらであってもよい。
【００４０】
また、ＬＥＤ３は、ＬＥＤ３の配置方向と直角な方向に沿って進む指向性を有する光を出射することが好ましい。つまり、調光装置１において、走査電極８はＬＥＤ３の配置方向と平行な方向に配置されており、信号電極１０は走査電極８と直角な方向に配置されている。ここで、ＬＥＤ３からの光の出射はサブフレーム期間ごとに制御されているため、ＬＥＤ３から出射された光がＬＥＤ３の配置方向と直角な方向、すなわち信号電極１０における長辺方向に沿って進んでいけば、目標とする領域に光を集中させることができる。
【００４１】
スイッチング部４は、光の取出し率を変更することにより、液晶素子９を通じて外部へ取出される光の量を制御している。具体的には、複数の走査電極８のうちいずれかに電圧を印加すると共に、複数の信号電極１０のうちいずれかに電圧を印加することにより、これらが交差する領域に形成されている液晶素子９を駆動させる。
【００４２】
液晶素子９としては、例えば高分子分散型液晶を用いてもよい。高分子分散型液晶は、高分子材料中に液晶材料を均一に分散させて作製した材料で構成されており、高分子分散型液晶に電圧をかけるか否かによって、光散乱および透明の２つの状態になる。光散乱状態では、分散した液晶の配向ベクトルが異なった方向を向くために、界面において光が散乱することによって不透明な白色状態を作り出す。すなわち、光が取出される。一方、透明状態では、液晶の配向ベクトルが一定の方向に向き、光に対する高分子材料と液晶との屈折率がほぼ等しくなり、光が非散乱状態となって光を透過させる。この場合、光は取出されない。
【００４３】
なお、電圧印加時または無印加時いずれの場合に散乱状態または透明状態にするかは、任意に設計することが可能である。このような性質を有する高分子分散型液晶を用いた場合、偏光板または配向板を設ける必要がないため、少ない電力でより光利用効率のよい光シャッターを実現することができる。
【００４４】
例えば、液晶材料として高分子分散型液晶を用いた場合、高分子分散液晶としては、例えば、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）、またはＰＮＬＣ（Polymer Network-Liquid Crystal）等が挙げられる。ＰＤＬＣとは、液晶分子および重合性樹脂の均一溶液から硬化した高分子中に、ドロップレット状の液晶を分散させたものであり、ＰＮＬＣは、液晶分子および重合性樹脂の均一溶液から硬化した高分子が液晶層中に３次元網目状に形成された構成であり、その中に液晶分子が不規則に並んでいる。
【００４５】
一方、電圧印加時に透明状態となるリバースタイプの高分子分散型液晶において、リバースモード（Anisotropic gel）の高分子分散型液晶は、数％の重合性ポリマーをネマティック液晶に混入し、このネマティック液晶をラビング処理した液晶セル内に注入し、配向した後にＵＶ照射することにより得られる。また、リバースモード（ＵＶキュアラブル液晶/ネマティック液晶複合素子）の高分子分散型液晶は、ＰＤＬＣおよびＰＮＬＣを混合し、配向した後にＵＶ照射させることにより得られる。
【００４６】
液晶材料としては、高分子材料の成分よりも複屈折率Δｎが大きい材料を用いればよい。高分子材料としては、例えば、アクリレート系の材料を用いることができる。
【００４７】
走査電極８および信号電極１０の材料として、例えば、無機材料としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（酸化インジウムおよび酸化亜鉛からなる透明電極材料）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）を用いることができ、有機材料としては、例えば、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)）等を用いることができる。
【００４８】
また、調光装置１において光シャッターとして用いる素子としてはこれに限定されるものではなく、例えば、従来の液晶方式のように、電圧を印加するか否かによって配向を変化させ、光を透過させる状態と遮断する状態とにすることにより、光を透過させて取出してもよいし、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）方式により作製した素子を用いて光を取出してもよい。
【００４９】
フレーム分割部５は、１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割する。すなわち、１フレーム期間における時間を分割して、各サブフレーム期間に割り当てる。例えば、１フレーム期間が６０ミリ秒であるときに５つのサブフレーム期間に分割した場合、１つのサブフレーム期間は１２ミリ秒である。
【００５０】
フレーム分割部５による１フレーム期間の分割数は特に限定されるものではないが、複数の走査電極８と同じ数のサブフレーム期間に分割することが好ましい。上述したように、走査電極８はサブフレーム期間ごとに制御されるため、サブフレーム期間の数を走査電極８の数に合わせることにより、光の取出しを容易に制御することができる。
【００５１】
光源制御部６は、サブフレーム期間ごとに、ＬＥＤ３を当該サブフレーム期間内にのみ点灯するように制御することによって、ＬＥＤ３から光を出射させる。すなわち、本実施形態において導光板２における行方向に複数の光取出し領域がある場合、当該光取出し領域に対応するサブフレーム期間内にのみ点灯するようにＬＥＤ３から光を出射させる。
【００５２】
また、光源制御部６による制御は、ＬＥＤ３から出射される光の強度、およびＬＥＤ３からの光の出射時間の制御も含み得る。
【００５３】
電圧印加部７は、走査電極８および信号電極１０に対する電圧の印加を制御する。つまり、電圧印加部７は、サブフレーム期間ごとに、複数の走査電極８のうちいずれかを選択して電圧を印加すると共に、複数の信号電極１０のうち少なくともいずれかに電圧を印加すればよく、例えば走査電極８を端から順次制御して電圧を印加し、これに合わせて信号電極１０に電圧を印加するように制御してもよい。
【００５４】
また、本実施形態に係る調光装置１では、図４に示すように、スイッチング部４の上に対向基板１１を備えると共に、導光板２における光の出力面とは反対側の面に散乱板１５を備え、対向基板１１の上に反射板１６をさらに備えていてもよい。図４は、調光装置１におけるさらなる構成を示す断面図である。
【００５５】
導光板２における光の出力面とは反対側の面に散乱板１５を備えることにより、スイッチング部４において下方向、すなわち光の出力面側とは反対の方向に散乱した光も上方向に取出すことができる。また、光の出力面側に拡散板１６を備えることにより、スイッチング部４から取出した光を拡散板１６によって拡散させてより広範囲に光を照射させることができる。なお、対向基板１１の材料は、例えば導光板２と同じ材料を用いればよい。
【００５６】
（調光装置１の動作）
次に、本実施形態に係る調光装置１の動作について説明する。ここでは、調光装置１は図２に示すような５×５のマトリクス状に走査電極８および信号電極１０が配置されており、予め１フレーム期間ごとに光の取出し領域が設定されていることが意図される。
【００５７】
まず、フレーム分割部５が１フレーム期間を複数のサブフレーム期間に分割する。このとき、１フレーム期間を複数の走査電極８と同じ数のサブフレーム期間に分割することが好ましい。つまり、走査電極８はサブフレーム期間ごとに制御されるため、サブフレーム期間の数を走査電極８の数に合わせることにより、光の取出しを容易に制御することができる。
【００５８】
次に、光源制御部６が、分割されたサブフレーム期間ごとにＬＥＤ３を点灯するタイミングを制御することにより、ＬＥＤ３から光を出射させる。例えば、図２において、信号電極１０のｂ行目において、走査電極８のＢ列目およびＤ列目のみから光を取出したいとき、走査電極８のＢ列目およびＤ列目に対応するサブフレーム期間内にのみＬＥＤ３を点灯する。すなわち、信号電極１０のｂ行目において、走査電極８のＡ列目、Ｃ列目およびＥ列目に対応するサブフレーム期間ではＬＥＤ３を点灯させない。そのため、当該サブフレーム期間であって、当該領域に隣り合う光の進行方向における後の領域には光が残存していない。よって、光を取出す対象の周辺領域にまで電圧がかかり、当該周辺領域に形成されている液晶素子９が光の取出し可能な状態になったとしても、この液晶素子９に対応する領域では光が導光されていないため、光は取出されない。よって、クロストークを抑えることができる。
【００５９】
ここで、電圧印加部７は、サブフレーム期間ごとに複数の走査電極８のうちいずれかを選択して電圧を印加すると共に、複数の信号電極１０のうちいずれかに、選択した走査電極８と信号電極１０とに対応する液晶素子９における光の取出し率に応じた電圧を印加する。このとき、電圧を印加する走査電極８の選択は、例えば並列に配置された走査電極８の一方向に順に１つずつ電圧を印加していくように順次駆動させてもよい。また、信号電極１０への電圧の印加は、選択した走査電極８に列上において、光の取出し領域に対応する信号電極１０に対して行なえばよい。
【００６０】
また、光の取出し制御において、例えば、光源制御部６がサブフレーム期間ごとに一定強度の光を出射させるようにＬＥＤ３を制御したとき、液晶素子９を通じて取出される光の量は、信号電極１０に印加する電圧の値、または信号電極１０に対して電圧を印加する時間によって制御してもよい。
【００６１】
すなわち、ＬＥＤ３から出射される光が一定強度のとき、電圧印加部７は信号電極１０に、任意のサブフレーム期間において選択した走査電極８と信号電極１０とに対応する液晶素子９を通じて取出される光の量に応じた振幅の電圧を印加するように制御することができる。このとき信号電極１０に印加する電圧のパターンを図５の（ａ）に示す。図５において点線で示す幅は１つのサブフレーム期間を示し、実線で示す高さは電圧の振幅を示す。
【００６２】
また、ＬＥＤ３から出射される光が一定強度のとき、電圧印加部７は信号電極１０に一定振幅の電圧を、任意のサブフレーム期間において選択した走査電極８と信号電極１０とに対応する液晶素子９を通じて取出される光の量に応じた時間だけ印加するように制御することができる。このとき信号電極１０に印加する電圧のパターンを図５の（ｂ）に示す。このように、ＬＥＤ３から出射される光の強度が一定のとき、信号電極１０に印加する電圧の振幅、または印加する時間を制御することにより、平面上の任意の領域から任意の輝度の光を照射することができる。
【００６３】
一方、スイッチング部４からの光の取出し率を一定にしたとき、ＬＥＤ３から出射させる光の強度または光の出射時間を制御してもよい。
【００６４】
例えば、任意のサブフレーム期間において、電圧印加部７が複数の信号電極１０のうちいずれかのみに、選択した走査電極８と信号電極１０とに対応する液晶素子９における光の取出し率を１００％にする電圧を印加したとき、光源制御部６は当該液晶素子９を通じて取出される光の量に応じた強度の光をＬＥＤ３から出射させるように制御することができる。また、当該取出される光の量に応じた時間だけＬＥＤ３から光を出射させるように制御することもできる。
【００６５】
これにより、平面上の任意の領域から任意の輝度の光を照射することができると共に、導入されたフラッシュ光のほぼ全てが、選択対象の液晶素子９を通じて取出されるので、導光板２内部における、当該液晶素子９よりもＬＥＤ３から離れた位置には、フラッシュ光が全く届かなくなる。したがって、クロストークの発生をより一層抑えることができる。
【００６６】
（画像表示装置）
図６は、本発明の一実施形態に係る画像表示装置の構成を示す断面図である。図６に示すように、第１の実施形態に係る調光装置１は、調光装置１における光の出力面側に配置されている表示パネル１７と組み合わせて画像表示装置２０としてもよい。すなわち、調光装置１は画像表示装置２０のバックライトとして機能し得る。以下、調光装置１をバックライト１ともいう。
【００６７】
この構成によれば、例えば図７に示すように、表示パネル１７に夕日の風景などを表示させたとき、画面の上部１２および夕日１３は明るい状態であるのに対し、画面の下部１３は暗い状態であるため、例えばＬＥＤ３から出射された光が画面上の行方向に進む場合、画面の下部１３ではバックライト１を点灯させる必要がない。図７は、表示パネル１７における画像の表示例を示す図である。
【００６８】
本実施形態のバックライト１によれば、ＬＥＤ３の点灯・非点灯を領域ごとに制御することができるので、画面下部１３の暗い領域にはＬＥＤ３から光を出射させないことが可能である。よって、光漏れが生じないため、黒の沈み込みを深くすることができ、表示画像のコントラストを向上させることができる。
【００６９】
表示パネル１７としては特に限定されず、例えば液晶表示パネルを用いればよい。このように、調光装置１を液晶表示パネルと組み合わせて用いることにより、薄型のアクティブバックライトにすることができる。
【００７０】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明に係る調光装置の第２の実施形態について以下に説明する。第１の実施形態に係る調光装置１では、ＬＥＤ３が導光板２の一端に配置されているのに対し、本実施形態では、ＬＥＤ３が導光板２の両端に配置されている点が異なるのみである。よって、第１の実施形態と同じ構成については同じ部材番号を用いて説明する。
【００７１】
図８は、第２の実施形態に係る調光装置１の構成を示す上面図であり、図９は、第２の実施形態に係る調光装置１の構成を示す断面図である。図８，９に示すように、本実施形態に係る調光装置１では、ＬＥＤ３が導光板２において互いに対向する２つの端部にそれぞれ配置されている。すなわち、本実施形態の調光装置１では、ＬＥＤ３からの光を対向する２つの方向から導光板２に導入する。
【００７２】
例えば、図２に示す信号電極１０のｂ行目において、走査電極８のＤ列目またはＥ列目から光を取出したいとき、ＬＥＤ３からの光の出射を走査電極８のＡ列目の方向から行なうと、走査電極８のＡ列目からＣ列目の部分では導光板２の内部を導光する光が漏れることがある。この場合、目的とするＤ列目またはＥ列目における輝度の低下、またはクロストークが起こることがある。この現象は、光を取出すための素子の大きさが大きくなるにつれて頻度が高くなる。
【００７３】
そこで、図８に示すように、ＬＥＤ３を対向する端部側にも配置することにより、走査電極８のＥ列目（図８中、右側）の方向からも光を出射させることが可能であり、導光板２の両端部近傍においてＬＥＤ３からの出射光を制御することができる。したがって、より明るい光を導光板に導入できる。
【００７４】
また、光源制御部６は、２つのＬＥＤ３から同時に光を出射させるように、２つのＬＥＤ３を制御することが好ましい。これにより、導光板２において２方向から同時に光を導入することができるため、クロストークをより一層抑えることができる。
【００７５】
また、光源制御部６は、サブフレーム期間において、導光板２における２つの端部に配置されたＬＥＤ３のうち、電圧が印加される走査電極８により近い方に配置されているＬＥＤ３からのみ光を出射させることが好ましい。例えば、１つのＬＥＤ３のみ常時点灯させていると、ＬＥＤ３の温度が高くなることがある。この場合、ＬＥＤ３の熱により液晶素子９の特性に影響を与え、光の取出し率の制御が困難になることがある。そこで、導光板２の対向する端部に設けた各ＬＥＤ３から光を出射するタイミングをサブフレーム期間ごとに切り替えることにより、ＬＥＤ３の温度の上昇を対称化して装置の信頼性を保つことができる。
【００７６】
さらに、光源制御部６は、１フレーム期間ごと、またはサブフレーム期間ごとに、上記２つのＬＥＤ３のいずれかから交互に光を出射させるように、２つのＬＥＤ３を制御することが好ましい。これにより、ＬＥＤ３の温度上昇を抑え、装置の信頼性を保つことができる。
【００７７】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明に係る調光装置の第３の実施形態について以下に説明する。本実施形態では第１の実施形態において説明した光源制御部６および電圧印加部７による制御方法が異なるのみである。よって、第１の実施形態と同じ構成については同じ部材番号を用いて説明する。図１０は、調光装置１において予め１フレーム期間ごとに設定された光の取出し領域および光の取出し量を説明する図である。
【００７８】
例えば、図１０に示すように、信号電極１０のｅ行目において、走査電極８のＢ列目では液晶素子９を通じて取出される光の量は５０％であり、Ｅ列目では１００％である。上述したように、サブフレーム期間ごとに、走査電極８および信号電極１０に電圧を印加して光の取出しを行なうと共に、ＬＥＤ３の点灯を制御することによってクロストークを低減させることができる。しかし、光の取出し量に応じて信号電極１０に印加する電圧を変更させる場合、Ｂ列目のように光の取出し量が５０％であれば、ＬＥＤ３から出射された光がこの領域から全て取出されないため、クロストークが生じる虞がある。
【００７９】
この場合、Ｂ列目においてＬＥＤ３から出射する光の強度を光の取出し量に応じて変更し、液晶素子９における光の取出し率が１００％になるように電圧を印加すればよいが、Ｅ列目では光の取出し量がｃ行目では５０％であり、ｅ行目では１００％である。このように、１つの走査電極８上において光の取出し量が異なる信号電極１０がある場合、以下のように制御してもよい。
【００８０】
まず、フレーム分割部５が光の取出し量が異なる領域があるサブフレーム期間をさらに分割して複数のサブ−サブフレーム期間にする。このサブ−サブフレーム期間ごとに、電圧印加部７は信号電極１０に対して液晶素子９における光の取出し率を１００％にする電圧を印加する。一方、光源制御部６は、サブ−サブフレーム期間ごとに、予め設定された取出し量に応じた強度の光をＬＥＤ３から出射させる。
【００８１】
例えば、走査電極８のＥ列目に対応するサブフレームをさらに２つのサブ−サブフレーム期間に分割し、これら２つのサブ−サブフレーム期間において信号電極１０には光の取出し率を１００％にする電圧を印加する。このとき、２つのサブ−サブフレーム期間のうちいずれかにはＬＥＤ３から出射させる光の強度を１００％にして、もう一方のサブ−サブフレーム期間では２００％にする。つまり、１００％の強度の光が出射される時間はサブフレーム期間の半分になるため、実質的に取出される光の量は５０％になる。また、２００％の強度の光が出射される時間についてもサブフレーム期間の半分になるため、実質的に取出される光の量は１００％になる。このように、１つのサブフレーム期間を複数分割することにより、走査電極８上において光の取出し量が異なる領域が存在しても、常に液晶素子９における光の取出し率を１００％にすることができる。よって、クロストークをさらに抑えることができる。
【００８２】
また、本発明に係る調光装置では、
上記光源制御手段は、上記サブフレーム期間ごとに、同一強度の上記光を上記光源から出射させるように上記光源を制御し、
上記電圧印加手段は、上記サブフレーム期間ごとに、上記複数の信号電極のそれぞれに、選択した上記走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子を通じて取出される光の量に応じた振幅の電圧を一定時間連続して印加することが好ましい。
【００８３】
上記の構成によれば、素子を通じて取出される光の量は、信号電極に印加する電圧の値によって制御する。すなわち、光源はサブフレーム期間ごとに一定強度の光を出射させており、当該サブフレーム期間において選択された信号電極に印加する電圧を、素子を通じて取出される光の量に応じた振幅となるように制御する。これにより、平面上の任意の領域から任意の輝度の光を照射することができる。
【００８４】
また、本発明に係る調光装置では、
上記光源制御手段は、上記サブフレーム期間ごとに、同一強度の上記光を上記光源から出射させるように上記光源を制御し、
上記電圧印加手段は、上記サブフレーム期間ごとに、上記複数の信号電極のそれぞれに、選択した上記走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子を通じて取出される光の量に応じた時間だけ連続する一定振幅の電圧を印加することが好ましい。
【００８５】
上記の構成によれば、素子を通じて取出される光の量は、信号電極に対して電圧を印加する時間によって制御する。すなわち、光源はサブフレーム期間ごとに一定強度の光を出射させており、当該サブフレーム期間において選択された信号電極には一定振幅の電圧を印加する。このとき、当該信号電極に対して、素子を通じて取出される光の量に応じた時間だけ電圧を印加することにより、平面上の任意の領域から任意の輝度の光を照射することができる。
【００８６】
また、本発明に係る調光装置では、
上記電圧印加手段は、任意の上記サブフレーム期間において、上記複数の信号電極のうちいずれかのみに、選択した上記走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子における上記光の取出し率を１００％にする電圧を印加し、
上記光源制御手段は、上記任意のサブフレーム期間において上記電圧が印加される上記走査電極と上記信号電極とに対応する上記素子を通じて取出される光の量に応じた強度の光を、上記任意のサブフレーム期間にのみ上記光源から出射させるように、上記光源を制御することが好ましい。
【００８７】
上記の構成によれば、素子を通じて取出される光の量は、光源から出射される光の強度によって制御する。すなわち、任意のサブフレーム期間において選択された信号電極では、素子における光の取出し率が１００％になるような電圧を印加し、当該サブフレーム期間において光源から出射される光の強度は、素子を通じて取出される光の量に応じて制御する。これにより、導入されたフラッシュ光のほぼ全てが、選択対象の素子を通じて取出されるので、導光板内部における、当該素子よりも光源から離れた位置には、フラッシュ光が全く届かなくなる。したがって、クロストークの発生をより一層抑えることができる。
【００８８】
また、本発明に係る調光装置では、
上記分割手段は、任意の上記サブフレーム期間を複数のサブ−サブフレーム期間に分割し、
上記電圧印加手段は、上記サブ−サブフレーム期間ごとに、上記複数の信号電極のうちいずれかのみに、選択した上記走査電極と当該信号電極とに対応する上記素子における上記光の取出し率を１００％にする電圧を印加し、
上記光源制御手段は、上記サブ−サブフレーム期間ごとに、当該サブ−サブフレーム期間において上記電圧が印加されている上記走査電極と上記信号電極とに対応する上記素子を通じて取出される光の量に応じた強度の光を、当該サブ−サブフレーム期間にのみ上記光源から出射させるように、上記光源を制御することが好ましい。
【００８９】
上記の構成によれば、任意のサブフレーム期間において複数の走査電極のうちいずれかに電圧が印加されると共に、少なくとも２つ以上の信号電極に電圧が印加されるとき、当該任意のサブフレーム期間をさらに複数のサブ−サブフレーム期間に分割することにより、複数の信号電極のいずれかのみに電圧を印加することができる。
【００９０】
例えば、いずれかの走査電極に電圧が印加されると同時に２つ以上の信号電極に電圧が印加される場合、これらの電極が交差する領域は２箇所以上となるため、複数の素子を通じて同時に光が取出されることになる。このとき、同じサブフレーム期間において複数の素子を通じて取出される光の量がそれぞれ異なる場合であっても、当該サブフレーム期間をさらにサブ−サブフレーム期間に分割することにより、素子ごとに光の取り出し率を１００％に制御可能である。
【００９１】
つまり、任意のサブフレーム期間において複数の素子を通じて光を取出す場合、当該サブフレーム期間を複数のサブ−サブフレーム期間に分割し、サブ−サブフレーム期間ごとにいずれかの信号電極のみに、当該信号電極と選択された走査電極とに対応する素子における光の取出し率を１００％にする電圧を印加する。すなわち、本構成では、信号電極に印加する電圧は常に素子における光の取出し率が１００％となるように制御する。
【００９２】
一方、サブ−サブフレーム期間において、光源は、電圧が印加されている信号電極と走査電極とに対応する素子を通じて取出される光の量に応じた強度の光を出射する。すなわち、サブ−サブフレーム期間において素子を通じて取出される光の量は、光源から出射される光の強度によって制御する。
【００９３】
このように、任意のサブフレーム期間に複数の素子から異なる量の光を取出す場合であっても、当該サブフレーム期間をさらに分割することにより、素子における光の取出し率を常に１００％に保つことが可能である。よって、光源から出射された光は当該素子を通じて１００％取出されるため、クロストークをさらに抑えることができる。
【００９４】
また、本発明に係る調光装置では、
上記分割手段は、上記１フレーム期間を、上記複数の走査電極と同じ数の上記サブフレーム期間に分割することが好ましい。
【００９５】
上記の構成によれば、サブフレーム期間は走査電極の数に相当する。上述したように、走査電極はサブフレーム期間ごとに制御されるため、サブフレーム期間の数を走査電極の数に合わせることにより、１フレーム期間内において、全ての走査電極に対して、本発明による駆動手法を適用できる。したがって、光の出射面全体において、クロストークの発生を抑えることができる。
【００９６】
また、本発明に係る調光装置では、
上記光源は、上記光源の配置方向と直角な方向に沿って進む指向性を有する光を出射することが好ましい。
【００９７】
上記の構成によれば、光源から出射された光は、光源の配置方向と直角な方向に沿って進む。つまり、走査電極は光源の配置方向と平行な方向に配置されており、信号電極は走査電極と直角な方向に配置されている。また、走査電極および信号電極はサブフレーム期間ごとに制御されると共に、光源からの光の出射もサブフレーム期間ごとに制御される。よって、光源から出射される光が光源の配置方向と直角な方向、すなわち信号電極における長辺方向に沿って進むことにより、目標とする領域に光を集中させることができる。
【００９８】
また、本発明に係る調光装置では、
上記光源は、上記導光板において互いに対向する２つの端部にそれぞれ配置されていることが好ましい。
【００９９】
上記の構成によれば、導光板において互いに対向する２つの端部から光を導入することができる。したがって、より明るい光を導光板に導入できる。
【０１００】
また、本発明に係る調光装置では、
上記光源制御手段は、上記２つの光源から同時に上記光を出射させるように、上記２つの光源を制御することが好ましい。
【０１０１】
上記の構成によれば、導光板において２方向から同時に光を導入することができるため、光を影の発生を確実に抑えられる。したがって、クロストークをより抑えることができる。
【０１０２】
また、本発明に係る調光装置では、
上記光源制御手段は、上記サブフレーム期間ごとに、上記２つの光源のうち、当該サブフレーム期間において上記電圧印加手段によって選択される上記走査電極により近い方に配置されている上記光源から上記光を出射させるように、上記２つの光源を制御することが好ましい。
【０１０３】
導光板における１つの端部から光を導入する場合、導入した位置から離れていくにつれて、光が目的とする領域に達するまでにわずかに漏れて（取出されて）しまうことがある。この場合、目的とする領域まで目的とする取出し量に相当する光が残っていないことがある。そこで、上記の構成のように、サブフレーム期間において、導光板における２つの端部に配置された光源のうち、電圧が印加される走査電極により近い方に配置されている光源からのみ光を出射させる。これにより、目的とする領域まで目的とする取り出し量に相当する光を到達させることができる。
【０１０４】
また、本発明に係る調光装置では、
上記光源制御手段は、上記１フレーム期間ごとに上記２つの光源のいずれかから交互に上記光を出射させるように、上記２つの光源を制御することが好ましい。
【０１０５】
また、本発明に係る調光装置では、
上記光源制御手段は、上記サブフレーム期間ごとに上記２つの光源のいずれかから交互に上記光を出射させるように、上記２つの光源を制御することが好ましい。
【０１０６】
上記の構成によれば、１フレーム期間ごと、またはサブフレーム期間ごとに、導光板における２つの端部に配置された光源のいずれかから交互に光を出射させる。例えば、１つの光源のみ常時点灯させていると、光源の温度が高くなることがある。この場合、光源の熱により素子の特性に影響を与え、光の取出し率の制御が困難になることがある。よって、導光板の対向する端部に設けた各光源から光を出射するタイミングを、フレーム期間またはサブフレーム期間ごとに交互に入れ替えることにより、光源の温度上昇を抑え、装置の信頼性を保つことができる。
【実施例】
【０１０７】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されない。【０１０８】
〔実施例１〕
本実施例では、以下の方法により図１０に示す構成の３０ｃｍ×４０ｃｍの５×５マトリクス制御の調光装置を作製した。【０１０９】
（導光板）
導光板としては、幅４５０ｃｍ、高さ４ｍｍのアクリル板を使用した。このアクリル板の上に、幅８ｃｍのＩＴＯ（indium tin oxide）を０．１ｍｍ間隔で並列に５本パターン形成し、電極とした。【０１１０】
また、対向基板として、幅４５０ｃｍ、高さ４ｍｍのアクリル板を使用し、幅６ｃｍのＩＴＯを、導光板に形成した電極と垂直な方向になるようにパターニングし、電極を形成した。【０１１１】
（スイッチング素子）
スイッチング素子（素子）には、高分子分散タイプの液晶を使用した。【０１１２】
高分子分散型液晶は、電界によって配向状態が変化する液晶材料と、当該液晶材料を取り囲むように混合された高分子材料とから構成した。この高分子分散型液晶は、液晶材料と高分子材料との界面における屈折率のマッチングによって透明状態と散乱状態とになる。屈折率のマッチングは、電界による液晶分子の配向状態によって制御した。本実施例では、電界無印加時には透明状態、電界印加時には散乱状態になるように設計し、高分子材料の屈折率を導光板の屈折率とほぼ同じになるようにした。すなわち、本実施例では、上述の実施形態において示したリバースタイプの高分子分散型液晶を用いて、電圧印加時の散乱状態の光を取出すように制御した。【０１１３】
このような液晶を、上記のアクリル板、すなわち導光板と対向基板との間に膜厚１０μｍで配置した。これにより、高分子分散型液晶を用いたスイッチング素子を得た。【０１１４】
（ＬＥＤの配置）
本実施例では、光源として、高さ３．５ｍｍ、幅７ｍｍ、奥行き１．５ｍｍの白色ＬＥＤチップを用いた。この白色ＬＥＤチップを導光板の一端に搭載し、１つの導光板に間隔５ｍｍで均等に配置した。なお、低格電圧は１８Ｖ、低格電流量は１００ｍＡとした。【０１１５】
（調光装置の構成）
上記の方法により得られた導光板にＬＥＤから光を入射したところ、電圧印加時には高分子分散型液晶中に入射した光は散乱されて導波条件が崩されるため、外部へ光を取出すことができた。このとき、６０Ｖの電圧印加によって光取出し量は飽和したが、飽和電圧までは電圧の強度によって光の取出し量を制御することができた。【０１１６】
また、導光板の上側、すなわち光取出し面側には拡散板を配置し、導光板の下側、すなわち光取出し面とは反対側の面には散乱板を配置した。これにより、スイッチング素子によって下方向に散乱した光も再び上側に取出すことができた。また、導光板の上側に散乱板を置くことによって、光取出し面側の光取出し方向を広げることができた。これにより、本実施例の調光装置を作製した。【０１１７】
（駆動方法）
以上により得られた調光装置を次のように駆動させた。本実施例では、５×５のマトリクス状に配置された調光装置のうち、図１０において丸を付けた領域を点灯させた。すなわち、Ａ列ではａ行目における光の取出し量を１００％、ｄ行目における光の取出し量を８０％とし、Ｂ列ではｅ行目における光の取出し量を５０％とし、Ｃ列ではｂ行目における光の取出し量を１００％とし、Ｄ列ではａ行目における光の取出し量を２０％、ｃ行目における光の取出し量を８０％とし、Ｅ列ではｃ行目における光の取出し量を５０％、ｅ行目における光の取出し量を１００％とした。このように、実施例１ではＡ列からＥ列まで全て点灯させる領域があるため、１フレーム内におけるＬＥＤの発光を５分割してフラッシュ点灯させた。【０１１８】
まず、Ａ列からＥ列までスイッチング素子を１フレーム６０Ｈｚで駆動させるため、１列当たり３．７ミリ秒（６０Ｈｚの１／５）、すなわち５つのサブフレーム期間（スイッチング期間ともいう）に分割し、ＬＥＤをフラッシュ点灯させた。このとき、発光期間は２．５ミリ秒、消灯期間は１．２ミリ秒であった。この各フラッシュ点灯期間を、図１１に示すようにＡ列からＥ列それぞれのスイッチング期間（ＳＷ期間）に割り当てた。図１１は、実施例１における駆動パターンを示す図である。フラッシュ点灯期間は、スイッチング素子のスイッチング応答時間またはＬＥＤの発光輝度により任意に調整した。【０１１９】
次に、割り当てられたＡ〜Ｅ列目それぞれのスイッチタイミングにおいて、各列の発光タイミングに合わせてａ〜ｅ行目のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御した。【０１２０】
（Ａ列目のスイッチング条件）
上述したように、Ａ列目では、ａ行目における光の取出し量が１００％、ｄ行目における光の取出し量が８０％となるように、ａ，ｄ行目のスイッチ状態を制御した。具体的には、パルス変調方式を採用し、ＬＥＤの発光期間に合わせてＬＥＤ発光期間中にスイッチング素子をどの程度の期間ＯＮ状態にするかにより光取出し量を制御した。本実施例に用いた高分子分散型液晶は、１００％ＯＮ／ＯＦＦ状態には高速で切り替えることができるが、中間状態の制御は応答速度が遅くなる傾向があるためパルス変調方式が好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば電界強度により制御してもよい。【０１２１】
（Ｂ列目のスイッチング条件）
Ｂ列目では、ｅ行目における光の取出し量が５０％となるように、Ａ列目と同様にスイッチング素子を制御して光を取出した。【０１２２】
（Ｃ〜Ｅ列目のスイッチング条件）
Ｃ〜Ｅ列目においても、Ａ列目と同様にスイッチング素子を制御して光を取出した。【０１２３】
このように、スイッチング素子およびＬＥＤの発光状態を制御することにより、５×５のマトリクスにおける２次元の導波光取出しを制御した。その結果、本実施例では１フレームを６０Ｈｚで駆動させているため、人間の目には５×５のマトリクスが任意の明るさで発光しているように見えた。また、スイッチング素子における各列のみの発光状態を制御するので、クロストークが起こり難かった。【０１２４】
〔実施例２〕
本実施例では、実施例１において作製した調光装置を別の方法で駆動させた。具体的には、ＬＥＤの点灯時間をさらに分割した。【０１２５】
上述の実施例１は、ｅ行目においてＢ列目では光の取出し量を５０％とし、Ｅ列目では１００％になるように制御した。このとき、各列のスイッチ選択期間に光を取出すことによりクロストークを低減させた。しかし、図１２に示すように、Ｅ列のｅ行目では１００％光を取出すためＬＥＤから導入された光を全て外部へ取出すことができたが、Ｅ列のｃ行目では５０％しか光を取出さないため、取出さなかった光の一部がクロストークになる虞がある。図１２は、各光の取出し領域における光取出し率を示す図である。【０１２６】
そこで、本実施例では、各列の取出し領域が複数あり、且つそれぞれの領域からの取出し率が異なるとき、以下に示すようにＬＥＤの発光期間をさらに分割して制御した。【０１２７】
（Ｂ列選択時）
Ｂ列では、ｅ行目のみを発光させるため、ＬＥＤの点灯時間は図１２に示すようにＬＥＤの発光量を５０％にして、スイッチング素子の光取出し率を１００％にした。図１２は、各光の取出し領域における光取出し率を示す図である。ここでは、スイッチング素子の光取出し率を１００％にしているので、光が導光する方向に尾を引くことがなく、クロストークを防止することができた。【０１２８】
（Ｅ列選択時）
Ｅ列では、ｃ行目およびｅ行目から光を取出した。具体的には、図１３に示すようにＬＥＤのＥ列選択時の発光期間をさらに２分割し、前半（図１３中、「Ｙ」で示す）はｃ行目を発光させるためにＬＥＤから光を入射させ、後半（図１３中、「Ｚ」で示す）はｅ行目を発光させるためにＬＥＤから光を入射させた。図１３は、各光の取出し領域における光取出し方を示す図である。この場合、ｃ行目は目標とする光の取出し量が５０％であるため、ＬＥＤの光強度を１００％にし、ｃ行目のスイッチング素子の光取出し率を１００％にした。つまり、１００％の強度の光が出射される時間はサブフレーム期間の半分になるため、実質的に取出される光の量は５０％となった。ＬＥＤの発光強度を図１３中、「Ｘ」で示す。【０１２９】
次に、ｅ行目では目標とする光の取出し量が１００％であるため、ＬＥＤの光強度はｃ行目を発光させたときの２倍となる２００％にして、スイッチング素子の光取出し率を１００％にした。この２００％の強度の光が出射される時間についてもサブフレーム期間の半分になるため、実質的に取出される光の量は１００％となった。【０１３０】
このように、スイッチング素子の光取出し率は常に１００％であるため、クロストークが起こらなかった。【０１３１】
〔実施例３〕
実施例３では、実施例２における駆動方法を変更した。具体的には、実施例２ではＬＥＤから出射される光の強度を変更することにより光の取出し量を制御していたが、実施例３ではＬＥＤから出射される光の強度は同一であり、スイッチング素子をＯＮ状態にする期間を変更した。【０１３２】
つまり、実施例３では、図１４に示すように、Ｅ列の選択期間において光の取出し量が５０％のｃ行目では２分割したうちの前半（図１４中、「Ｙ」で示す）のみ、強度１００％の光をスイッチング素子が１００％の光取出し率で取出した。つまり、１００％の強度の光が出射される時間はサブフレーム期間の半分になるため、実質的に取出される光の量は５０％となった。【０１３３】
また、ｅ行目では２分割した両方の期間（図１４中、「Ｚ」で示す）において継続して強度１００％の光をスイッチング素子が１００％の光取出し率で取出した。図１４は、各光の取出し領域における光取出し方を示す図であり、図１４中、ＬＥＤからの発光強度を「Ｘ」で示す。この場合においても、スイッチング素子の透過率は常に１００％にしているため、クロストークは起こらなかった。【０１３４】
なお、本実施例において作製した調光装置をバックライトとして用いた画像表示装置を作製した。具体的には、汎用的な２０インチＴＦＴ液晶表示パネルの下部に本実施例の調光装置を配置し、液晶表示パネルの駆動と同期させて調光装置を駆動させた。このとき、調光装置の発光パターンは液晶表示パネルで表示させる画像に合わせて調整した。その結果、コントラストの高い画像表示を行なうことができた。【０１３５】
さらに、一般的なＬＥＤ直下型のアクティブバックライトの厚みが約３ｃｍであるのに対し、本実施例の調光装置は５ｍｍ以下の厚みであるため、薄型の画像表示装置を実現できた。【０１３６】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明は、テレビ、パーソナルコンピュータ、携帯電話または携帯情報端末などの表示装置のバックライトとして最適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１    調光装置
２    導光板
３    ＬＥＤ（光源）
４    スイッチング部（光取出手段）
５    フレーム分割部（分割手段）
６    光源制御部（光源制御手段）
７    電圧印加部（電圧印加手段）
８    走査電極
９    液晶素子（素子）
１０  信号電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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